多功能配电网故障指示器的设计

多功能配电网故障指示器研制

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摘要：研制了一种兼具测量和通信功能的10KV配电网故障指示器，该指示器用于10KV配电架空线路，不但具有发生接地或短路时翻牌指示的功能，指示器中还设计了通信模块和电流及温度测量模块，通过无线通信方式将故障或测量信息传给附近的数据传输终端，数据传输终端通过GPRS网络将数据传送给监控中心，工作人员通过监控中心计算机就可以实时了解整个配电网的工作状态。该多功能故障指示器以ATmega8L单片机为核心，通过NRF24L01实现无线数据传输功能。

关键词：配电网；故障指示；ATmega8L；NRF24L01；DS18B20

随着我国经济的发展，人们对配电网安全运行的要求越来越高，配电网的实时监测日益受到现场的关注。目前我国大部分中低压电网，特别是10KV配电网络，运行管理水平、监控手段比较低；主要是由于10KV配电网络线路长、覆盖面大，如果像输电网一样安装基于RTU的监控调度自动化系统，其成本将是无法承受的；而配电网也是电力系统事故多发的部分，90％以上的接地或短路故障是发生在配电网；在发生故障时及时进行故障定位隔离故障区段、恢复正常线路区段的供电，对配电网安全运行至关重要。配电网接地和短路故障的定位有很多方法，目前比较经济也是比较准确的方法是沿线路悬挂常规故障指示器，当发生故障时故障点电源测线路上的故障指示器翻红；变电站的工作人员发现有故障时，沿线路查看故障指示器状态，从而确定故障点；这种常规故障指示器虽然能够比较准确指示出故障区段，但是需要工作人员沿线查看指示器翻牌状态，工人劳动强度较大，尤其对于一些山区的配电线路，沿线查看指示器状态是一件非常辛苦的事情。

基于以上情况我们设计了一种具有无线通信功能的多功能故障指示器MFI（Multifunction Fault Indicator），这种新型故障指示器不但能够通过翻牌指示故障区段，还能够通过无线通信的方式将故障状态发送给附近的数据接收终端DTU(Data Terminal Unit)，该数据终端通过GPRS联网方式将线路故障信息及时发送给监控中心，使工作人员在监控中心就能够了解具体是那个区段发生了故障；能够大大提高缩短故障修复的时间和减少工人的劳动强度；并且在这种新型故障指示器中我们还设计了线路电流实时测量功能和测量线路温度的功能。

1 MFI的功能及实现原理

多功能配电网故障指示器从结构上可分为七个主要模块，即单片机模块、电源模块、线路短路及接地故障测量模块、线路电流测量模块、线路温度测量模块、翻牌驱动模块、通信模块等。图1为其原理框图。

图1 多功能故障指示器原理框图

Fig.1 The principle diagram of MFI

该多功能故障指示器以AVR单片机Atmega8L为核心，该单片机具有低功耗功能，在待机模式下其工作电流小于10μA；该单片机本身具有10位A/D转换器和512字节的EEPROM，可以简化整个装置的电路设计。该装置通过大容量干电池和线路感应电流配合供电，在正常情况下每隔半小时测量一次线路电流和导线温度，然后通过通信模块将测量数据发送给附近的数据传输终端DTU；当线路发生故障时,线路短路及接地故障测量模块及时测量到接地故障，并向单片机发出中断信号，

单片机响应中断、判断故障类型，然后单片机组织故障信息，并通过通信模块将故障信息发送给附

U1

AVR8 PD2/INT0 PD1/TXD PD0/RXD PC6/REST PC5 ADC4/PC4/SDA ADC3/PC3 ADC2/PC2 ADC1/PC1 ADC0/PC0 ADC7 GND AREF ADC6 AVCC SCK/PB5 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 L5 VCC 10uH

1 2 3 4 5 6 7 8 Z 9 10 D 11 C 12 13 14 15 16

B D

INT1/PD3 T0/PD4 GND VCC GND VCC XTAL1/PB6 XTAL2/PB7 T1/PB5 AIN0/PB6 AIN1/PB7 PB0 PB1 PB2 MOSI/PB3 MISO/PB4

DS18B20

1 2 3VCC L2 D10 C23 0.1u C25 0.1u R23 1k C20 0.1u

图 3.电流和温度检测部分原理图 Fig.3 The schematic diagram to detect electric current and temperature 图中左边部分是 AVR 单片机 ATmega32L 的部分管脚，该单片机本身内部有一个 10 位高速 A/D 转换器，有 8 个模拟量输入通道，测量线路电流采用的是 0 通道 ADC0,A/D 转换基准电压采用单片 机内部 2.56V 基准，AREF 管脚对地并接 0.1μ F 电容是为了使基准电压更加稳定，AVCC 管脚接 A/D 转换电源，其通过 10μ H 电感接到 VCC,该管脚对地并接 0.1μ F 电容也是为了 A/D 转换器电源电 压更加稳定，减小转换误差。 L2 是感应线圈，其输出电压与线路电流成正比，输出并接一个 0.1μ F 电容是为了滤除高频干 扰信号，并接一个 1K 电阻是为了使其输入到单片机 ADC0 管脚电压更加稳定，且能保证在线路电流 低于 600A 情况下输入到单片机 ADC0 管脚电压低于 2.56V 基准电压；D10 是一个肖特基二极管，其 正向导通电压为 0.2V,接这个二极管是为了使输入到 ADC0 管脚的负电压不超过 0.2V,从而保护单 片机，采用半周期积分算法计算线路电流，所以只需要对正半波的电压进行转换，负半波

由二极管 D10 短路。 单线温度的测量电路比较简单，我们采用的是单总线测温芯片 DS18B20,将其安装于多功能故 障指示器卡线处紧贴导线的位置，其数据线连接到单片机 I/O 口 PC1,用这个管脚完成启动温度转 换和读取温度转换结果的功能。 2.3 无线通信及其他模块 无线通信模块是用于完成无线发送和接收，因为 …… 此处隐藏：3079字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……